基于双螺旋谐振器的UHF（超高频）低频段窄带高温超导滤波器设计

由于弱耦合要求和基片尺寸限制,相对带宽小于0.5%的UHF低频段(～500 MHz)窄带高温超导滤波器一直是滤波器设计制作中的难点.本文应用双螺旋弱耦合谐振器设计制作了中心频率为500 MHz,相对带宽为0.4%的窄带高温超导滤波器.通过采用80 m微带线宽工艺,六节滤波器尺寸仅为28ram 8mm.测量结果表明,未经调谐,通带内最小和最大插损分别为0.12 dB、0.46 dB,反射损耗小于-13.9 dB;带边陡峭度为34 dB/MHz,带外抑制为70dB.设计及测试结果表明,双螺旋谐振器比较适用于低频窄带滤波器的设计.     

计算机模拟在高温超导滤波器调谐中的应用

本文通过使用电磁模拟软件对滤波器的滤波特性和电磁场分布进行了研究,模拟结果显示通过插入介质钉可以在基本不影响滤波器带内特性的条件下实现中心频率可调.在研究了螺钉对谐振器和谐振器间耦合的影响后,我们对一5节前向耦合型带通超导滤波器的调谐特性进行了模拟计算,其中心频率为3030MHz,带宽220MHZ,中心频率可调范围+20MHz.对另一4节C形滤波器调谐计算显示,其中心频率2190MHz,带宽55MHz,中心频率可调范围±4MHz.     

高温超导滤波器的低温调谐技术

本文给出了高温超导滤波器的一种低温机械调谐方法,通过调谐滤波器的电场来达到优化性能的目的.此方法可以很好的改善滤波器的性能和提高产品的合格率,使基片厚度的不均匀性以及介电常数的误差对高温超导滤波器性能的影响降到最低,从而最大程度地使测试结果和计算机仿真结果相一致.文中以一个4节的高温超导微带滤波器为例,叙述了该方法的实现过程.其带宽为15MHz,中心频率为2.868GHz,带内插损为-0.04dB,反射损耗为-21dB.文中给出了带外抑制,带内特性等的调谐结果.制备完成的超导滤波器在调谐前的性能较设计结果有较大的偏差.主要表现在带内插入损耗、反射损耗特性和带外抑制的偏差.通过调谐,带内特性和带外抑制有明显的改善.带内插入损耗由调谐前的-0.44dB改善到-0.21dB;反射损耗由调谐前低端带边的-8.2dB改善到-14.27dB,但在高频端没有改善;带外抑制由实测的-28dB最大可以改善为-47dB.理论预测该调谐方法会使通带中心频率向低频端移动,我们也观察到了该现象,中心频率向低频端最大偏移了大约3.1MHz.综合各项参数,调谐后,整体性能更接近设计结果.     

一种免调谐窄带高温超导滤波器

研制了一种适用于超导子系统接收机前端的免调谐窄带高温超导滤波器.其中心频率为2287 MHz,带宽为8 MHz.该高温超导滤波器采用了10阶准椭圆(quasi-elliptic)函数型结构,并引入了2对改善带边陡度的传输零点.滤波器的计算机仿真是用Sonnet软件完成的.为了达到免调谐的目的,选用了一种结构简单的双折线型谐振器.此滤波器是在直径为2英寸、厚度约为0.5mm MgO衬底的双面超导薄膜上制作的.测量结果表明,该滤波器在未经调谐的情况下具有很好的性能:相对带宽0.35%,带外抑制>80 dB,插入损耗<0.2 dB,反射损耗<-15.5dB(通带7MHz范围之内).     

VHF波段变容管调谐式超导陷波器

设计制作了一款VHF波段变容管调谐式超导陷波器,该陷波器采用一种结构紧凑的电容加载的矩形回路谐振器,谐振器与主线之间的耦合形式为混合耦合。通过调节加载在谐振器上变容二极管的反偏电压,实现带阻滤波器中心频率可调。测试表明,陷波器中心频率可调范围为251~360MHz,陷波器中心频点抑制40dB,3dB带宽9dB,插入损耗0.5dB。     

一种高选择性可调带通与带阻可切换滤波器

设计了一种高选择性可调带通与带阻可切换微带滤波器。在微带谐振器及枝节末端加载变容二极管实现中心频率的可调;在输入与输出端口馈线之间,利用PIN二极管实现滤波器阻带和通带特性的切换。采用奇偶模的方法对滤波器结构进行分析,通过对奇偶模频率的调节实现了频率调节过程中的恒定绝对带宽。同时,在输入与输出馈线间引入源与负载耦合,使得频带两侧各有一个传输零点,且传输零点在整个频率调谐范围内相对位置几乎不变。因此,在整个频率调节范围内,滤波器实现了高选择性及良好的带外抑制能力。最终设计出的可调带阻滤波器的频率调谐范围为5.58～5.89 GHz,绝对带宽80 MHz±5 MHz,阻带衰减优于14 dB;可调带通滤波器的频率调谐范围为5.42～5.79 GHz,绝对带宽120 MHz±5 MHz,插入损耗1.69～2.25 dB,回波损耗优于13 dB。同时,该滤波器具有0.28λ_g×0.62λ_g（λ_g是可调频率范围中心频率的波长）的紧凑结构尺寸。实验和仿真结果一致性较好。     

低射频窄通带高温超导滤波器设计

本文在双面YBCO高温超导薄膜上设计了12节低射频窄通带超导带通滤波器.中心频率385MHz,相对带宽1.3%,考虑到窄带滤波器对衬底介电常数的敏感性,采用MgO基片以避免基片孪晶造成的介电常数非均匀性带来的影响.为了能在不大于2英寸的基片上制备出如此低频的高性能超导滤波器,设计中选用了1/4波长的螺旋形谐振结构.设计结果的带边陡峭度达到了50dB/MHz,带内插损小于0.014dB,带外抑制达到100dB,二倍频处抑制度优于130dB.     

CDMA移动通信用高温超导滤波器的研制

本文提出了一种新型H型环带谐振器,具有结构紧凑,尺寸小,Q值高,非相邻耦合弱等优点.该谐振器在一侧设置了一个开口,改变开口位置,可以在较大范围内改变谐振器谐振频率,并且能够改变基频和二倍谐频之间的频率间隔.对于直连型馈线引入方式,H型环带谐振器容易实现外部Q值的匹配,同时对输入/输出端谐振器的谐振频率影响很小.本文还基于H型环带谐振器,采用2英寸双面YBCO高温超导薄膜设计并制作了用于CDMA移动通信系统的12节高温超导滤波器.该滤波器的中心频率为832MHz,相对带宽为1.6%.在70K温度下的测试结果显示滤波器的带内插入损耗低于0.28dB,反射损耗优于-15.5dB,带外抑制约为75dB,通带低频端带边陡峭度超过30dB/MHz,高频端带边陡峭度超过20dB/MHz.     

CDMA系统用高温超导滤波器的设计

本文根据CDMA(Code Division Multiple Access)移动通信系统的要求,采用Sapphire基片上的双面YBCO高温超导薄膜设计和制作了中心频率为830MHz,相对带宽为1.2%的16节高温超导滤波器,其谐振器采用了折叠型结构,能够显著地减小所用基片的尺寸.在68K的测试温度下实验结果与设计结果很好的吻合,带边陡峭度达到了50dB/MHz,带外抑制超过80dB,带内插损小于0.27dB,而尺寸限制在两英寸内.     

WCDMA系统用窄带高温超导滤波器设计

本文在耦合矩阵的基础上设计了一个适用于WCDMA系统的12节窄带高温超导带通滤波器.滤波器基于镀有双面YBCO超导薄膜的蓝宝石基片设计,尺寸为47.54mm×18.12mm,中心频率为1940MHz,相对带宽为0.5%.滤波器采用具有非相邻耦合较弱特点的双层环带结构谐振器,抑制了不可控传输零点的出现.设计结果显示高频端和低频端的通带带边陡峭度分别达到了27.3dB/MHz和30dB/MHz,带内插损小于0.07dB,带外抑制达到100dB.本文同时讨论了交叉耦合对滤波器性能的影响.     

Bandwidth tunable high-Tc superconducting filter

We have developed a high-T_c superconducting band-pass filter, whose center frequency and bandwidth can be tuned independently, with steep attenuation at both lower and higher band edges. This tunable filter is composed of two different types of band-pass filters, one with steep attenuation at the lower band edge and the other with steep attenuation at the higher band edge. Two filters are connected in series and each filter is covered with additional dielectric plates, respectively. The tuning characteristics of the entire filter can be controlled by adjusting the distances between the dielectric plates and the substrate. The entire filter was fabricated monolithically on a 30-mm-wide and 60-mm-long LaAlO₃ substrate. A center frequency of 1.93 GHz, a 3 dB bandwidth of 20 MHz, and an attenuation of 30 dB, 1.0 MHz apart from both band edges, were obtained for the entire filter. Then, a sapphire plate was set above each of two filters, and a center frequency tuning of 10 MHz and a bandwidth tuning of 5 MHz were obtained by adjusting the distances between the substrate and the sapphire plates.     

CDMA基站用14阶高温超导滤波器

研制了用于CDMA移动通信基站接收机前端的14阶高温超导带通滤波器。该滤波器的设计带宽为10.9 MHz,中心频率为830MHz;仿真得到的回波损耗约为28 dB,带内波动小于0.008 dB,带外抑制大于90 dB;该滤波器由MgO衬底上的双面DyBa2Cu3O7超导薄膜加工而成。该滤波器在无后期调谐的情况下,72K温度的实测带宽为10.9MHz,回波损耗好于20dB,插入损耗0.001 dB,边带陡峭度高达80dB/16.3MHz,实测的中心频率等指标也与仿真设计结果吻合很好,各项指标均满足应用要求。     

TD-SCDMA通信系统用大功率高温超导滤波器

针对TD-SCDMA通信系统的要求,设计了一种可以承载大功率信号的双模高温超导滤波器,给出了双模大功率滤波器的设计理论、设计过程以及功率承载能力的推算。滤波器用LAO基片的高温超导薄膜制作,中心频率为2017.5MHz,通带宽度为15MHz,功率承载能力达到10W以上,滤波器的测试结果与设计结果吻合较好。     

Superconducting tunable filter with constant bandwidth using coplanar waveguide resonators

In this paper we propose a two-pole varactor-tuned superconducting filter using coplanar waveguide(CPW) spiralin-spiral-out(SISO) resonators. Novel internal and external coupling structures are introduced to meet the requirements for a tunable filter with a constant absolute bandwidth. The fabricated device has a frequency tuning range of 14.4%at frequencies ranging from 274.1 MHz to 317.7 MHz, a 3-d B bandwidth of 5.14 ± 0.06 MHz, and an insertion loss of0.08 d B–0.70 d B. The simulated and measured results are in excellent agreement with each other.     

具有宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器

本文提出了一种新颖的L型阶跃阻抗谐振器,该谐振器具有结构紧凑、抑制二次谐波能力强及易于实现电耦合及磁耦合等特点。使用该谐振器设计并制作了一款具有小型化、高选择性及宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器。测试结果表明,在70 K温度下滤波器的中心频率为1 601 MHz,3 dB带宽为24 MHz,带内回波损耗<14.87 dB,带内最大插入损耗约为0.22 dB,60%带宽范围内群时延起伏<3.13 ns,通带两侧具有一对深度的传输零点,实现了1 632~5 511 MHz范围内衰减>60 dB的宽平坦阻带。     

自均衡线性相位高温超导滤波器的设计

针对第三代移动通信CDMA 2000标准用超导滤波器的技术要求,设计了一种自均衡线性相位高温超导滤波器,给出了14阶三个交叉耦合的CQ结构滤波器理论计算结果、等效电路、耦合矩阵,设计的滤波器中心频率为830MHz,65%带宽内的群时延波动优于±10ns,滤波器模拟仿真结果与理论计算很好得吻合。     

TD-SCDMA基站用16阶高温超导窄带滤波器

设计并制作了用于TD-SCDMA移动通信基站接收机前端的16阶高温超导窄带带通滤波器。该滤波器的中心频率为2017.5MHz,相对带宽为0.297%,由MgO衬底上的双面DyBa2Cu3O7超导薄膜加工而成。该滤波器77K温度下的实测带宽为5.83MHz,回波损耗好于15dB,边带陡峭度高达80dB/MHz;实测的中心频率等指标与仿真设计结果吻合很好。     

An ultra-narrow band eight-pole dual-mode HTS patch filter

An ultra-narrow band eight-pole dual-mode HTS patch filter was designed and fabricated. The filter is constructed by four corner-cut square patches, each of which has two resonating modes. The influence of the change of the corner-cut position on the filter response was investigated by simulations. Four small rectangle patches were added in the topology of the filter as tuning tools. By employing this unique tuning structure, the simulated filter responses and current density distributions on the patches have been greatly improved. The filter was fabricated using double sided YBCO films on a 3 in. LaAlO₃ substrate. The measured results showed satisfactory performance with center frequency 2.494 GHz, fractional bandwidth 0.2%, return loss in passband better than 16 dB, and out-of-band rejection of the filter better than 90 dB at 15 MHz away from its center frequency.